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摘 要：本文展示了三个简单的魔术表演，并对其中的物理原理进行定性分析和定量计算，揭示了看似“不科学”的现象背后所蕴含的科学道理。
关键词：魔术；物理；平衡
魔术师用巧妙的手法将“科学”隐藏了起来，让我们看到的是“不科学”的现象。本文将介绍几个看似违背了物理学原理的魔术现象，揭示其中蕴含的深奥而有趣的物理学原理。
一、纸币平衡
如图1所示，魔术师向观众展示一张100元人民币，然后沿宽度方向将人民币对折两次。
图1 纸币对折示意图对折后用双手大拇指托住两端，纸币可以平衡在大拇指的两端。当魔术师将左手移开后，纸币仍然可以在右手拇指上稳定平衡，如图2所示。
图2 纸币平衡示意图 物理原理：纸币被双手支撑时，其所受外力平衡，力矩平衡。而当单手支撑时，只有右手拇指一个支点，纸币长端与短端所受重力对支点产生的力矩不再平衡。下一刻必然会出现绕支点的转动，无法在右手拇指上保持平衡。若想令其继续稳定在右手上，就必须在纸币短端施加一个力。如何做到？秘密在一枚硬币上。魔术师在对折纸币时，用很快的手法将一枚硬币藏入其中。为了隐藏硬币，一百元纸币必须对折两次，因此硬币的大小受到限制。一元硬币过大，只有五角和一角的硬币可以满足要求。
定量计算：百元纸币尺寸为：165mm×77mm×0.1mm，质量1.13g，质心在正中心，距离左端r1=8.25cm。五角硬币直径20mm，厚度1.67mm，质量约为3.8g，质心在正中心，距离左端r2=1.55cm。
如图3所示，利用物理学质心的计算公式，则两者放在一起共同的质心位置为：
xc=m1r1+m2r2m1+m2=1.13×8.25+3.8×15.51.13+3.8=13.8（cm）
由计算结果可知，魔术师手指的位置大约是离右侧2.7cm附近。但手指与纸币接触时不可能为一个点，
求解出的值仅为魔术师拿出一个瓶子（或者是杯子、光盘），用双手同时握住，然后缓缓张开双手。神奇的一幕出现了：瓶子依然稳定地待在原处凌空漂浮着，如图4所示。
图4 凌空漂浮示意图物理原理：众所周知，地球附近的物体会受到地心引力的作用。如果一个物体悬浮在半空，必须克服重力的作用。魔术中经常使用磁力、风力、悬挂、支撑等方法来达到悬浮的效果。今天介绍的这个魔术有些特殊，它利用的是大气压强。这个魔术中用到的道具是生活中很常见的一样物品——吸盘。细心的读者可能会发现，图4中魔术师的手并不是完全与漂浮物脱离，而是有一根手指被物体遮挡。在这根手指上固定着一个吸盘，物体是被吸盘吸住的。吸盘是如何来承重呢？这和大气压有关。吸盘和物体之间并没有任何粘胶类物质，只是当吸盘紧紧贴在物体表面时，其和物体间的空气被完全挤压出来，吸盘外部的大气压就对吸盘产生较大的压力。
定量计算：吸盘的直径不用太大，2cm左右即可。大气压强约为101KPa，大气压对吸盘产生的压力为：
F=PS=101×103×π（1×10-2）2=31.73N
该吸盘与被悬浮物体之间的压力约为31.73N，利用吸盘与物体之间的摩擦力，即可实现悬浮魔术。
三、纸币上放硬币
这个魔术有点像智力测验——你能将一枚一元硬币放在一张竖直展开的100元纸币上吗？其实方法很简单： 先将纸币对折，形成一个“V”字形，再将硬币摆在“V”字形的角上。后将纸币慢慢拉直，直到完全展开，你会发现硬币一直稳定在纸上。（如图5所示）
图5 纸上竖硬币示意图物理原理：这个魔术主要利用的是重心原理。要揭示這个魔术的物理学原理，我们可以先研究下面这个实验：用两根手指托住一根细木棒的两端，之后两手指缓慢接近。你会发现，其中一根手指先相对木棒滑动，另一根手指相对木棒静止；滑动一段距离之后，最初运动的手指将会停止滑动，另一根手指与木棒开始相对运动；滑动一段距离之后再次交替。最终，两手指将会停在木棒的重心处。物体间的滑动摩擦力与正压力相关，而最大静摩擦力则比滑动摩擦力略大一些。如图6所示，假定木棒的质量分布不均匀，O点为质心所在位置，两手指与质心的距离分别为x1和x2，在竖直方向给木棒向上所施加的支持力分别为f1和f2，根据平衡条件，可以得到：
图6 纸上竖硬币原理图从图6中可以看出：与质心距离较远的一端，所受到的正压力小；与质心距离较近的一端，所受到的正压力大。于是，正压力较小的一端（距离质心较远）将首先产生滑动，减小与质心的距离，变为距离质心较近的一端。于是，原本距离质心较近的一端，变为距离质心较远的一端。这个过程不断重复，直至两个手指相互接触，达到O点。纸币上放硬币的魔术同样如此，“V”的顶点和两边与硬币的接触面会出现正压力不相等的情况，交替与硬币之间产生相对滑动，并且慢慢接近硬币的质心，最终硬币会平稳的停留在纸币上。
通过学习物理学，研究各种现象背后隐藏的深刻的道理，结合手法、光影等手段，可以开发更多的有价值的魔术，“骗”过观众的眼睛，产生似乎“不科学”的不可思议的魔术现象，为我们的生活添姿添彩。
参考文献：
[1]袁铃，尹钊.利用魔术创设物理教学情境[J].高师理科学刊，2010（5）.
[2]王月，张国栋.巧用魔术进行物理情境的创设[J].物理教师，2007（28）.
关键词：魔术；物理；平衡
魔术师用巧妙的手法将“科学”隐藏了起来，让我们看到的是“不科学”的现象。本文将介绍几个看似违背了物理学原理的魔术现象，揭示其中蕴含的深奥而有趣的物理学原理。
一、纸币平衡
如图1所示，魔术师向观众展示一张100元人民币，然后沿宽度方向将人民币对折两次。
图1 纸币对折示意图对折后用双手大拇指托住两端，纸币可以平衡在大拇指的两端。当魔术师将左手移开后，纸币仍然可以在右手拇指上稳定平衡，如图2所示。
图2 纸币平衡示意图 物理原理：纸币被双手支撑时，其所受外力平衡，力矩平衡。而当单手支撑时，只有右手拇指一个支点，纸币长端与短端所受重力对支点产生的力矩不再平衡。下一刻必然会出现绕支点的转动，无法在右手拇指上保持平衡。若想令其继续稳定在右手上，就必须在纸币短端施加一个力。如何做到？秘密在一枚硬币上。魔术师在对折纸币时，用很快的手法将一枚硬币藏入其中。为了隐藏硬币，一百元纸币必须对折两次，因此硬币的大小受到限制。一元硬币过大，只有五角和一角的硬币可以满足要求。
定量计算：百元纸币尺寸为：165mm×77mm×0.1mm，质量1.13g，质心在正中心，距离左端r1=8.25cm。五角硬币直径20mm，厚度1.67mm，质量约为3.8g，质心在正中心，距离左端r2=1.55cm。
如图3所示，利用物理学质心的计算公式，则两者放在一起共同的质心位置为：
xc=m1r1+m2r2m1+m2=1.13×8.25+3.8×15.51.13+3.8=13.8（cm）
由计算结果可知，魔术师手指的位置大约是离右侧2.7cm附近。但手指与纸币接触时不可能为一个点，
求解出的值仅为魔术师拿出一个瓶子（或者是杯子、光盘），用双手同时握住，然后缓缓张开双手。神奇的一幕出现了：瓶子依然稳定地待在原处凌空漂浮着，如图4所示。
图4 凌空漂浮示意图物理原理：众所周知，地球附近的物体会受到地心引力的作用。如果一个物体悬浮在半空，必须克服重力的作用。魔术中经常使用磁力、风力、悬挂、支撑等方法来达到悬浮的效果。今天介绍的这个魔术有些特殊，它利用的是大气压强。这个魔术中用到的道具是生活中很常见的一样物品——吸盘。细心的读者可能会发现，图4中魔术师的手并不是完全与漂浮物脱离，而是有一根手指被物体遮挡。在这根手指上固定着一个吸盘，物体是被吸盘吸住的。吸盘是如何来承重呢？这和大气压有关。吸盘和物体之间并没有任何粘胶类物质，只是当吸盘紧紧贴在物体表面时，其和物体间的空气被完全挤压出来，吸盘外部的大气压就对吸盘产生较大的压力。
定量计算：吸盘的直径不用太大，2cm左右即可。大气压强约为101KPa，大气压对吸盘产生的压力为：
F=PS=101×103×π（1×10-2）2=31.73N
该吸盘与被悬浮物体之间的压力约为31.73N，利用吸盘与物体之间的摩擦力，即可实现悬浮魔术。
三、纸币上放硬币
这个魔术有点像智力测验——你能将一枚一元硬币放在一张竖直展开的100元纸币上吗？其实方法很简单： 先将纸币对折，形成一个“V”字形，再将硬币摆在“V”字形的角上。后将纸币慢慢拉直，直到完全展开，你会发现硬币一直稳定在纸上。（如图5所示）
图5 纸上竖硬币示意图物理原理：这个魔术主要利用的是重心原理。要揭示這个魔术的物理学原理，我们可以先研究下面这个实验：用两根手指托住一根细木棒的两端，之后两手指缓慢接近。你会发现，其中一根手指先相对木棒滑动，另一根手指相对木棒静止；滑动一段距离之后，最初运动的手指将会停止滑动，另一根手指与木棒开始相对运动；滑动一段距离之后再次交替。最终，两手指将会停在木棒的重心处。物体间的滑动摩擦力与正压力相关，而最大静摩擦力则比滑动摩擦力略大一些。如图6所示，假定木棒的质量分布不均匀，O点为质心所在位置，两手指与质心的距离分别为x1和x2，在竖直方向给木棒向上所施加的支持力分别为f1和f2，根据平衡条件，可以得到：
图6 纸上竖硬币原理图从图6中可以看出：与质心距离较远的一端，所受到的正压力小；与质心距离较近的一端，所受到的正压力大。于是，正压力较小的一端（距离质心较远）将首先产生滑动，减小与质心的距离，变为距离质心较近的一端。于是，原本距离质心较近的一端，变为距离质心较远的一端。这个过程不断重复，直至两个手指相互接触，达到O点。纸币上放硬币的魔术同样如此，“V”的顶点和两边与硬币的接触面会出现正压力不相等的情况，交替与硬币之间产生相对滑动，并且慢慢接近硬币的质心，最终硬币会平稳的停留在纸币上。
通过学习物理学，研究各种现象背后隐藏的深刻的道理，结合手法、光影等手段，可以开发更多的有价值的魔术，“骗”过观众的眼睛，产生似乎“不科学”的不可思议的魔术现象，为我们的生活添姿添彩。
参考文献：
[1]袁铃，尹钊.利用魔术创设物理教学情境[J].高师理科学刊，2010（5）.
[2]王月，张国栋.巧用魔术进行物理情境的创设[J].物理教师，2007（28）.